Det var et spørsmål som gnagde Stein P. Aasheim etter en skiekspedisjon til Sørpolen. To ganger opplevde de at folk ble svært dårlige og mistet bevisstheten under snøsmelting i teltet.
Siden de tenkte det var litt flaut for erfarne turfolk å bli utsatt for dette to ganger, var de i utgangspunktet enige om å holde tett om hva som hadde hendt.
Vel hjemme ble tankene om å forbigå saken i stillhet fort glemt. En jakt på forklaringer startet i stedet. De fant fort ut at de ikke var alene om å ha skremmende opplevelser knyttet til primusfyring i teltet.
Flere profilerte turfolk hadde de siste årene opplevd at turkompiser segnet bevisstløse om i teltet under snøsmelting. I det verste tilfellet hadde den rammede puls på ca. 25 og var umulig å få kontakt med i 15-20 minutter etter hendelsen. Hvorfor var dette plutselig blitt et relativt vanlig problem, når slike hendelser nærmeste hadde vært fraværende i årene forut?
Søket etter informasjon ledet til Forsvarets Forskningsinstitutt (FFI) som siden 1990-tallet har målt kullosutslipp fra kokeapparater. En rapport fra 1997 viste at de aller fleste kokeapparater brant helt rent når det ikke stod en kjele over ammene, men at kullosutslippet økte når flammen ble kjølt ned av en kald kjele. For enkelte typer kokeapparater steg kullosutslippet da til svært høye nivåer. Kullosforgiftning var altså den sannsynlige årsaken til problemene de hadde opplevd, og en FFI-rapport fra 2012 pekte på den direkte årsaken til at dette plutselig var blitt et problem for flere.
Vegard Ulvang og Stein P. Aasheim hadde nemlig brukt en Primus EtaPower-kjele med varmeveksler. Denne kjelen sørger for en stor reduksjon i drivstofforbruket, men FFI påviste at den samtidig økte kullosutslippet 10-20 ganger i forhold til en vanlig, flatbunnet kjele. Denne kjelen var en gjenganger i nestenulykkene. Det samme var en hjemmelagd konstruksjon hvor brenneren og kjelen ble plassert inne i et malingsspann.
Begge disse kjeleløsningene hadde tydeligvis en negativ effekt på forbrenningen. Men selv med de nye kjeleløsningene kunne dette ha gått bra, om de ikke samtidig hadde byttet brenner.
I mange år var MSR XGK den foretrukne brenneren på lange skiturer med mye snøsmelting, men Aasheim og Ulvang hadde i likhet med de fleste andre i ekspedisjonsmiljøet byttet den ut med den lettere og mer stillegående MSR Whisperlite. Jeg har senere målt kullosutslippet fra begge disse brennerne med ulike typer kjeler. MSR XGK utmerker seg ved at CO-utslippet er lavt, og knapt påvirkes av kjelebytte så lenge den fyres med bensin. MSR Whisperlite oppfører seg helt annerledes. Uten kjele brenner den litt renere enn MSR XGK. Med vanlig, flat bunnet kjele har den CO-utslipp ca. seks-sju ganger høyere enn fra MSR XGK. Dersom det i stedet brukes kjele med varmeveksler, slipper MSR Whisperlite ut over 50 ganger så mye CO som MSR XGK.
På et vis kan vi si at saken herved var løst. En ny kjele og en ny brenner ble til sammen en farlig miks. Men hvorfor gir de til sammen økt CO-utslipp? For å finne ut av det må vi bokstavelig talt dukke inn i primusflammen...
VINTERTUR: Lenge var det ikke flere som dro på lange skiturer enn at de fleste kunne låne effektive og gjennomtestede kjeler fra FFI. Her er artikkelforfatteren på tur gjennom Nordvestpassasjen i 2003. Foto: Randulf Valle
Forbrenning
Gassen vi i dagligtale kaller kullos har det vitenskapelige navnet karbonmonoksid og kjemisk tegn CO. Gassen består altså av ett karbonatom og ett oksygenatom. Kort fortalt dannes kullos ved ufullstendig forbrenning av organisk materiale.
For å forstå hvordan ufullstendig forbrenning oppstår og hva som gjør at noen brennere avgir mye mer CO enn andre, må vi vite mer om hva som skjer i en primusflamme. Enten vi fyrer med gass, bensin eller parafin er det hydrokarboner vi forbrenner, og reaksjonene er relativt like. Tar vi utgangspunkt i et propanmolekyl kan forbrenningen enkelt beskrives slik:
C3H8 + 5 O2 é 3 CO2 + 4 H2O
Men dette er kun en beskrivelse av start- og sluttprodukter. Prosessen som skjer i ammen er langt mer komplisert. Professor Ivar Ståle Ertesvåg fra Institutt for Energi- og prosessteknikk på NTNU opplyser at veien fra propan og oksygen til CO2 og vann kan inneholde opp mot 500 delreaksjoner og 50-70 mellomprodukter. Hastigheten til alle disse reaksjonene er avhengig av temperatur og konsentrasjoner. En hensiktsmessig forenkling er å dele reaksjonen i to:
1. C3H8 + 3,5 O2 é 3 CO + 4 H2O 2. 3 CO + 1,5 O2 é 3 CO2
Brennstoffet omdannes altså først til CO, før CO reagerer med luft og danner CO2. Første trinn skjer ifølge Ertesvåg lettest og raskest. Det er derfor en god antagelse at drivstoffet i primusen først omdannes til CO og vann. Så forbrennes CO videre til CO2. (Vannet kan du forresten se som kondens på kjelen du smelter snø i.) Dersom det ikke er tilstrekkelig oksygen tilgjengelig, eller flammen kjøles ned før forbrenningen er ferdig, vil altså ikke alt CO bli omdannet til CO2.
«Ideelt sett skal en brenner konstrueres slik at den suger inn lufta den trenger, og blander den med drivstoffet.»
VÆR PÅPASSELIG: Det tryggeste er selvsagt å fyre ute, men det er sjelden spesielt praktisk.
Gass er ikke nødvendigvis trygt
En seiglivet myte i friluftsmiljøet er at gass- brennere ikke slipper ut kullos i samme grad som bensin- og parafinbrennere.
Selv om en del multifuelbrennere brenner renest på gass betyr det ikke at alle gassbrennere er trygge. I en test av 22 gassbrennere hadde de fleste minst like store utslipp som multifuelbrennere.
De tryggeste brennerne hadde brennerhode som spredte ammene og god avstand mellom brennerhodet og kjelebunnen.
De verste gassbrennerne
De verste gassbrennerne hadde enorme kullos-utslipp. Disse hadde konsentrert flammeform og svært liten avstand mellom toppen av brennerhodet og kjelebunnen.
Dette er dessverre akkurat de samme brennerne som koker vann fort og effektivt og som fungerer godt i vind.
Når du kjøper toppmontert gassbrenner ser det altså ut som du må velge mellom rentbrennende og effektiv.
Mekanismer
En varmeveksler øker det effektive arealet hvor varme kan overføres fra flammen til kjelen. Tar vi utgangspunkt i kjelen Primus EtaExpress har den en diameter på 11 cm og et areal på ca. 95 cm2. De 46 metallbuene på varmeveksleren har et totalt overflateareal ca. 250 cm2.
Tilgjengelig areal for varmeoverføring øker altså med over 250 prosent for denne kjelen. Metallbuene sørger for at varme fra brenneren, som er i ferd med å forsvinne bort fra kjelen, i stedet blir overført til varmeveksleren, og videre til kjelen. Dette fører samtidig til langt raskere avkjøling av flammen og er en svært sannsynlig grunn til at varmevekslerkjeler kan forårsake store kullosutslipp. Laboratoriemålinger har vist at kullosutslippet blir størst med kjeler hvor varmeveksleren har liten indre diameter. Da starter avkjølingen av flammene tidligere og mindre av karbonet rekker å gå hele veien til CO2.
Når det gjelder konstruksjonen med kjele og brenner innebygd i malingsspann, er antagelig en viktig årsak til økt CO-utslipp at konstruksjonen ikke slipper inn tilstrekkelig luft. Ideelt sett skal en brenner konstrueres slik at den suger inn lufta den trenger, og blander den med drivstoffet. Men i det virkelige liv har den ofte behov for ekstern luft rundt flammen.
Muligheten for dette begrenses inne i malingsspannet, spesielt fordi mange har vært sparsomme med hullene – ettersom det gir mindre vind- beskyttelse og lengre koketider.
Kullos og virkninger i kroppen
Kullos er en farlig gass fordi den hindrer oksygentransporten i blodet. Kullosmolekylene binder seg til hemoglobinet i blodet og hindrer det i å transportere oksygen. Hemoglobin binder seg ca. 200 ganger lettere til kullos enn til oksygen. Døden inntreffer når 70-80 prosent av blodets hemoglobin er bundet til kullos mens bevisstløshet inntreffer ved noe lavere nivåer.
Symptomene på kullosforgiftning er hodepine og kvalme – altså omtrent det samme som ved oksygenmangel.
Ved alvorlig forgiftning kan huden under neglene, samt slimhinnene få kirsebærrød farge.
For å behandle kullosforgiftning er det viktig å få pasienten ut i frisk luft.
Kullos er farlig selv i svært lave konsentrasjoner, men påvirkningen på kroppen er avhengig av både konsentrasjon av kullos, hvor lenge man utsettes for gassen og hvilket aktivitetsnivå man har. Er man helt rolig kan man tåle en gitt konsentrasjon tre ganger så lenge som under hardt arbeid.
Konsentrasjonen av kullos måles i parts pr million (ppm.) 1 ppm. tilsvarer 0,0001 %.
Arbeidstilsynet setter i sin administrative norm en grense for gjennomsnittskonsentrasjon i et åttetimers skift til 25 ppm. og sier at kortvarige eksponeringer ikke bør overstige 100 ppm. National Institute for Occupational Safety and Health i USA setter en grense på 1500 ppm. for akutt eksponering. Ved så høye nivåer vil det være umiddelbar fare for liv og helse.
FFI har målt kullosnivået i et telt hvor en brenner med kjele gikk. Det ble brukt en Coleman-brenner man visste hadde høye utslipp. I løpet av en time steg konsentrasjonen av kullos inne i teltet til over 700 ppm. I ett forsøk fikk brenneren gå i 100 minutter.
Det resulterte i en kulloskonsentrasjon på 1200 ppm. Fra brenneren ble stengt gikk det 30-45 minutter før CO-konsentrasjonen hadde normalisert seg.
Randulf Valle er ingeniør og naturformidler. Har du du kunnskap eller erfaring du kunne tenke deg å bidra med? Send oss en e-post!
